من التسارع إلى القوة: ما يحمله التصادم من أحمال
ما الذي تحسبه هذه الأداة
تضرب الأداة التسارع في الكتلة التي تخضع له، فينتج مقدار القوة اللازمة لإنتاجه. فراكب بوزن 75 كيلوغراماً يتباطأ بمعدل 300 متر في الثانية مربعة — وهو تصادم أمامي عادي إلى حد كبير، ويزيد قليلاً على ثلاثين ضعف تسارع السقوط الحر — يتعرض لقوة مقدارها 22500 نيوتن. وهذا الرقم هو ما صُممت حوله حزام الأمان والشادّ ونقاط التثبيت جميعاً.
لماذا تكون قوى التصادم أكبر بكثير من الوزن
الراكب الساكن يبذل على المقعد قوة تساوي وزنه، نحو 735 نيوتن. أما الراكب نفسه في تصادم فيتباطأ بمضاعفات الجاذبية على مسافة قصيرة جداً، وكل مضاعف من الجاذبية يضاعف القوة. والغرض كله من منطقة الانطواء هو تمديد المسافة التي يحدث فيها ذلك التباطؤ، لأن تمديد التغير نفسه في السرعة على زمن ومسافة أطول ينزّل التسارع، وينزّل القوة معه.
من m/s² إلى النيوتن لراكب بوزن 75 كيلوغراماً
كل صف محسوب لكتلة مقدارها 75 كيلوغراماً، وهو رقم شائع لدمية اختبار التصادم. ولراكب آخر، اضرب قيمة الصف في كتلته مقسومة على خمسة وسبعين؛ والمحوّل التفاعلي أعلاه يقبل أي كتلة مباشرة، بالكيلوغرام أو الغرام أو الطن.
| متر لكل ثانية مربعة (m/s²) | نيوتن (N) |
|---|---|
| 0.1 | 0.1 |
| 1 | 1 |
| 2 | 2 |
| 5 | 5 |
| 9.80665 | 9.80665 |
| 10 | 10 |
لماذا يستطيل الحزام، ولماذا في ذلك مقصده
حزام أمان لا يستطيل إطلاقاً سيوقف الراكب فوراً تقريباً، وهذا يعني تسارعاً هائلاً وقوة هائلة. أما الأحزمة الحقيقية فتُنسج بحيث تمدّ قليلاً تحت الحمل، وتسمح محدّدات الحمل بانزلاق كمية محدودة من الشريط. وكلاهما يؤدي وظيفة منطقة الانطواء نفسها: تحويل قوة كبيرة جداً على مسافة قصيرة جداً إلى قوة أصغر على مسافة أطول.
الجاذبية كمسطرة قياس
تُقتبس تسارعات التصادم عادة بمضاعفات g، ويقدّم المحدد الجاذبية القياسية لهذا السبب بالضبط. فتباطؤ مقداره 30 g يساوي 294 متراً في الثانية مربعة، والقوة على راكب بوزن 75 كيلوغراماً تصير ثلاثين ضعف وزنه — نحو 22 كيلونيوتناً، وهو رقم يمكن مقارنته مباشرة بمتانة عتاد التثبيت.
الأسئلة الشائعة
كيف أحوّل تسارعاً إلى قوة؟
اضرب التسارع بالمتر لكل ثانية مربعة في الكتلة بالكيلوغرام. فتسارع مقداره 5 أمتار في الثانية مربعة مطبَّقاً على 2 كيلوغرام يحتاج 10 نيوتن. والعلاقة هي قانون نيوتن الثاني كما يُكتب عادة، F = m·a.
ما القوة التي يبذلها تصادم بمقدار 30 g على شخص؟
نحو ثلاثين ضعف وزنه. ولراكب بوزن 75 كيلوغراماً يكون ذلك نحو 22 كيلونيوتناً، أي 22500 نيوتن. والرقم الدقيق يعتمد على منحنى التباطؤ، ولهذا تأتي القياسات الحقيقية من اختبارات تصادم مجهزة بأجهزة قياس لا من رقم واحد.
لماذا تقلل منطقة الانطواء الأطول من القوة؟
لأن التخفيض نفسه في السرعة موزعاً على مسافة أكبر يستغرق زمناً أطول وبالتالي يتضمن تسارعاً أقل. وبما أن القوة متناسبة مع التسارع عند كتلة ثابتة، فإن خفض التسارع يخفض القوة بالنسبة نفسها.
هل الجاذبية القياسية تساوي 9.80665 متراً في الثانية مربعة؟
نعم، وهذه هي القيمة القياسية بالتعريف، وهي معروضة كوحدة في المحدد. وهي التسارع الذي يختبره جسم في سقوط حر قرب سطح الأرض، وهي المسطرة الطبيعية لوصف أحمال التصادم.
وماذا عن القدم لكل ثانية مربعة؟
متاحة في المحدد للقراءات المأخوذة من أجهزة أمريكية. والقدم الواحد في الثانية مربعة يساوي 0.3048 متر في الثانية مربعة، فالرقم المقتبس بهذه الوحدة يتحول إلى عدد أصغر من الأمتار في الثانية مربعة.